有吊车抽柱轻钢厂房的设计体会

王洵

摘 要：轻钢结构是指主要承重结构为单跨或多跨实腹门式钢架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或起重量不大于20T的A1-A5工作级别桥式吊车或3T悬挂式起重机的单层房屋钢结构。因生产工艺要求，大型厂房常要求抽除部分钢架柱以满足设备通行或大空间要求，从而形成抽柱钢架。本文结合设计实例，阐述有吊车抽柱轻钢厂房的结构分析方法。

关键词：轻钢结构；抽柱钢架；结构分析

1 工程概况

江苏某重工有限公司2#厂房长度234m，跨度为24X3=72m，柱距7米，每跨内考虑两台10T桥式起重机。建筑面积1.68万m2。牛腿标高标高为8.1m，檐口标高12.0m，采用门式刚架结构，主刚架采用热轧H型钢，Q345B级，屋面坡度采用1/10，维护墙及屋面均采用轻质彩钢板。该工程在11轴处抽除两根中跨钢柱，设置由大跨度吊车梁、屋面托梁、屋面支撑组成的抽柱系统，附结构局部平面布置图，详见图一。计算软件采用PKPM钢结构软件。该工程至今已竣工投产两年。

2 抽柱系统的设计

11轴处钢柱抽除后，主要需解决因抽柱产生的四个问题：1）11轴钢架在中间D、G轴支座处均为铰接，其屋面的荷载均由屋面托梁传递至两侧的10、12轴钢架上，因而11轴，10及12轴均不同于原有钢架，需重新计算设计，并需设置托梁；2）抽柱处屋面需设置屋面水平支撑以保证屋面钢架的整体性及传递水平荷载能力；3）因抽柱形成大跨度柱网处，需设置14米跨度吊车梁；4）因荷载情况变化，10及12轴基础需单独设计。

2.1 钢架的设计

对于抽柱的11轴钢架，其钢梁承受的屋面恒载及活载情况均与正常钢架相同，其上下两端柱柱顶、柱底均为刚接，中间抽柱处设置铰支座，此模型应比较接近实际情况。经过计算分析，11轴钢架梁均与正常跨相同，在采用相同的参数控制前提下，A、K轴两钢柱翼缘厚度由12mm增至14mm即可满足要求；对于抽柱跨相邻的10及12轴钢架，其钢梁承受的屋面恒载及活载情况也与正常钢架相同，因托梁与柱顶铰接，故只需在10及12轴钢架的钢柱顶增设一对集中力，分别对应由托梁传递的11轴屋面的恒载及活载。本工程屋面恒载及活载的取值分别为0.3KN/㎡及0.4KN/㎡， 所抽除柱的受荷载面积A=24X8=192㎡，则10及12轴柱顶需增设的集中恒载F1及活載F2分别为：

F1=（192X0.3）/2=28.8KN

F2=（192X0.4）/2=38.4KN

将以上荷载加于钢柱柱顶，通过计算分析可知，抽柱对相邻跨的影响有限，但考虑抽柱后形成的复杂情况，10及12轴钢柱的应力比均按0.60控制，设计中增大了两榀钢架的钢柱尺寸及厚度，预留足够的安全储备。此处的F1及F2也是计算托梁时的作用力，因相邻跨柱托梁时的沉降极小，故计算托梁时应严格控制其挠度，以免相邻钢架因托梁挠度过大导致屋面变形。托梁与11轴钢架的连接详见图二，与10、 12轴钢架的连接详见图三。

2.2 屋面水平支撑的设计

屋面水平支撑应设置在设有柱间支撑的开间，在抽柱钢架的周边区域应相应增设水平支撑，加强钢架之间的拉结。抽柱钢架周边水平支撑详见图四。

2.3 14米跨度吊车梁设计

钢柱抽除后，需设置跨度14米的吊车梁，按跨内两台起重机考虑，计算吊车梁。最终计算得的吊车梁高度为1000mm，而相邻吊车梁均为700mm，为保证吊车梁直线运行吊车梁顶需位于同一标高，此处可采取变截面吊车梁或设置高低牛腿的方法。本工程采取高低牛腿的方法，将牛腿降低300mm，再设置300mm高小立柱托高7米跨度吊车梁。此处的详细做法详见图五。

2.4 基础的设计

经过上文的计算分析可知，10轴及12轴基础增加的荷载主要为托梁传递的恒载及活载，经过分析增加的吊车荷载较为有限，根据以上荷载可计算出基础的面积及配筋。本工程采用深层混凝土搅拌桩复合地基，独立基础。

3 柱间支撑设计

本工程安装有中级工作制10T吊车，若支撑设置不当，吊车行走时，就会造成刚架晃动，存在安全隐患，因此支撑的设置非常关键。交叉支撑采用角钢，在厂房的头、尾跨设置柱间支撑，中间跨每隔5～6跨设置一道，在设置柱间支撑的同一跨设屋面水平支撑，柱间支撑和屋面支撑一起共同组成厂房的支撑系统。

4 结语

本工程至今已竣工投产两年，吊车运转正常，经历过扬州7月20日4.9级地震及冬夏大温差的考验，均能满足正常使用要求，取得较好的经济效益和社会效益。

轻钢结构的优点是节材高效，耗钢少，自重轻，制造安装运输简便，工期短，可拆迁，定型批量生产易于实现商品化等，因而近年来发展迅速，应用领域日益广泛。抽柱轻钢结构作为轻钢结构中特殊的一种，其抽柱系统的分析与计算尤为重要，设计时应仔细分析受力及传力情况，形成清晰明确的结构体系。近些年来抽柱钢架在工程中已出现较多，处理这一特殊情况的方法也形式多样。为此，在谋求改进方面希望本文能起到抛砖引玉的作用，同时我们期待着与专家同行的合作。请大家共同关注与探讨并指正。

参考文献

[1]GB50017-2003 钢结构设计规范 中国计划出版社， 2003.

[2]CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 中国计划出版社， 2002.

[3]03G520-1～2 实腹式钢吊车梁 中国建筑标准设计研究院，2003.